Production Planning for Atlantic Salmon under Uncertainty with Impact of Extensive Site Management

Abstract

Norwegian salmon production has expanded and then flattened over the past few years, due to strict regulatory requirements which limit the opportunity of increased production. However, new technological advances have contributed to increased production in the past, and might further increase production in the future. The option of using monosex smolt in salmon farming, in addition to traditional mixed-gender smolt is a new opportunity for increased salmon production. In this thesis, we have developed a two-stage stochastic optimization model with the main goal of maximizing total harvested biomass. The model is inspired by the work of Hæreid (2011) and Øveraas and Rynning-Tønnesen (2012). The way of modelling growth is the same, and the modelling of extensive site management has been developed based on the current regulatory framework. The basis for this thesis is a long-term tactical planning problem in which plans for smolt ordering, smolt deployment, and harvesting of salmon are to be made. The problem scope is limited to the seawater part of the value chain. (, and growth is considered with uncertainty). We consider growth as an uncertain parameter. Relevant constraints applying to a salmon farmer is included, although with some simplifications to ensure solvability. We implement the model in two versions, a deterministic and a two-stage stochastic version. We implement both versions for a production system based on Eidsfjord Sjøfarm. The results from the deterministic version of the model when including the option for monosex smolt deployments indicate an annual average production level on 19 203 tonnes. This result implies a 21.3 % increase in production compared to the result of only using traditional mixed-gender smolt. The increase in production output is due to faster growth for monosex smolt, which leads to more and shorter rearing cycles, and thus an increased number of harvested salmon over the planning horizon. The results from including growth uncertainty in the model indicate 4.2 % decrease in production compared to a deterministic approach with perfect information available.

Norsk lakseproduksjon har ekspandert, og deretter flatet ut de siste årene, på grunn av strenge regulatoriske krav som begrenser muligheten for økt produksjon. Nye teknologiske fremskritt har imidlertid bidratt til økt produksjon i tidligere år, og kan ytterligere bidra til å øke lakseproduksjonen i fremtiden. En ny mulighet for potensiell økt lakseproduksjon er å ta i bruk kjønnssorterte smoltpopulasjoner i tillegg til tradisjonell smoltpopulasjoner av begge kjønn. I denne oppgaven har vi utviklet en to-trinns stokastisk optimeringsmodell med et formål om å maksimere total høstet biomasse. Modellen er inspirert av arbeidet til Hæreid (2011) og Øveraas og Rynning-Tønnesen (2012). Måten vi modellerer vekst er det samme, men modelleringen av den omfattende styringen av produksjonsstedene er utviklet basert på dagens gjeldende regelverk. Utgangspunktet for denne oppgaven er et langsiktig taktisk planleggingsproblem der det skal planlegges for smoltbestilling, smoltusett og høsting av laks. Omfanget av problemet er begrenset til sjøvanndelen av verdikjeden, og tilvekst håndteres med usikkerhet. Vi inkluderer relevante begrensninger som gjelder for en laksebonde i modellen, men med noen forenklinger for å sikre løsbarhet av modellen. Modellen blir implementert i to versjoner, en deterministisk og en to-trinns stokastisk versjon, som begge er implementert for et produksjonssystem basert på Eidsfjord Sjøfarm. Resultatene fra den deterministiske versjonen av modellen indikerer et årlig gjennomsnittlig produksjonsnivå på 19 203 tonn når muligheten for kjønnssorterte smoltutsett er inkludert. Dette innebærer 21,3 % økning i produksjon sammenlignet med resultatet ved å bare bruke tradisjonelle smoltpopulasjoner av blandet kjønn. ¬Økningen i produksjonen skyldes raskere tilvekst for kjønnssortert smolt, som fører til flere og kortere oppdrettssykluser, og dermed en økt mengde høstet laks over planleggingshorisonten. Resultatene fra inkludere vekstusikkerhet i modellen indikerer 4.2 % reduksjon i produksjonen sammenlignet med en deterministisk tilnærming med perfekt informasjon tilgjengelig.